JP2003177004A

JP2003177004A - 角度センサ

Info

Publication number: JP2003177004A
Application number: JP2001333818A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okazaki; 浩之岡崎; Yasuhiro Hiramatsu; 靖浩平松
Original assignee: Tyco Electronics AMP KK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石とホール素子を組み合わせた角度セ
ンサにおいて、回転角度の検出精度を高くする。【解決手段】永久磁石３６は、基準位置にあるロータ
１４の回転中心Ｃから距離ｒだけ離隔した、ロータ１４
の真下に位置し、永久磁石３６のＮ極とＳ極を結ぶ軸線
６８がロータ１４の回転中心Ｃを向くようにロータ１４
に取付けられている。他方、パッケージ４４は、ホール
素子５０が、回転中心Ｃから距離Ｖだけ離隔し、且つホ
ール素子５０が軸線６８上に位置するようにカバー１６
に固定されている。このときパッケージ４４の向きは、
図４に示すように、ホール素子５０の磁束検出方向７０
が軸線６８と直交する向きとされる。このように、ホー
ル素子５０の位置を回転中心Ｃから僅かにずらすことに
より、高精度の角度センサ１が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石とホール
素子との組合せにより構成された角度センサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石とホール効果素子（磁気変換素
子、以下、単に「ホール素子」という）とを組み合わせ
た回転角センサが、特開平１０−１３２５０６号公報に
開示されている。このセンサは、自動車の内燃機関のス
ロットル開度を検出するために考えられたものである。
このセンサは、回動軸に形成されたロータ部に、断面が
半円状の永久磁石が回動軸と同心に配置され、また、ホ
ール素子が回動軸の中心軸線上に位置する回動しない支
持体に配置されている。永久磁石がホール素子に対し、
相対的に回転すると、ホール素子の感磁面に対する磁界
方向が変化し、その変化した角度に対応した電気信号が
ホール素子から出力される。永久磁石の変化した角度即
ちスロットルの開度に対応した電気信号を出力するよう
になっている。

【０００３】また、特開平５−２６６１０号公報には、
内燃機関のスロットル開度検出用のスロットルポジショ
ンセンサが開示されている。このセンサは、回転軸を中
心とする円弧上に、円弧状に形成された１対の永久磁石
が並設され、その中央に固定部材により支持されたホー
ル素子が、スロットル開度検出用に配置されている。ま
た、回転軸（シャフト）の鍔部に他の永久磁石が配置さ
れ、固定部材の対応する位置には、他のホール素子が近
接してアイドル検出用に配置されている。このアイドル
検出用のホール素子は、アイドル時に１対の永久磁石の
境界上に位置するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スロットル開度を検出
するための、前述の従来技術においては、永久磁石がス
ロットルの開度に比例して回動すると、ホール素子がそ
の変化した磁界をスロットルの開度に応じた出力の電気
信号に変換し、この信号に基づいてエンジンを電子的に
制御するようになっている。この従来の、ホール素子と
永久磁石の配列は、永久磁石の回動中心にホール素子が
位置するようになっている。この方式は、検出精度を略
２％の公差内にすることができるが、さらに高い検出精
度が求められており、上記の角度センサでは対応するの
に限界がある。その理由は、センサ角度と、ホール素子
の出力電圧が所定の角度範囲内でｓｉｎ曲線となり、直
線的な１次関数にならず、真正値と出力値との相関性、
所謂直線性が悪いためである。より具体的には、基準位
置を中心に±４５°の範囲内では比較的直線的である
が、直線性に換算すると±１００ｍＶ程度のばらつき即
ち誤差がある。この誤差がホール素子の出力の約２％に
相当する。

【０００５】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あり、回転角度の検出精度の高い角度センサを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の角度センサは、
回転角度を検出すべき回転体に取付けられた永久磁石
と、固定体に取付けられたホール素子とを備え、このホ
ール素子が相対的に回動する永久磁石からの磁束密度の
大きさに応じた電気信号を出力することにより回転体の
回転角度を検出するよう構成された角度センサにおい
て、永久磁石が、回転体の回転中心から所定距離離れた
位置に永久磁石の軸線が回転中心を向くように配置さ
れ、ホール素子が、回転体の基準位置において、軸線上
にあって、回転中心から所定距離より小さい距離に回転
中心を挟んで永久磁石と反対側にオフセットした位置
に、ホール素子の磁束検出方向が永久磁石の軸線の向く
方向と直交するように配置され、永久磁石の所定距離と
ホール素子のオフセット距離の比および回転体の回動角
が、出力される電気信号が線形に変化する範囲に設定さ
れていることを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明の角度センサは、回転角度を
検出すべき回転体に取付けられた永久磁石と、固定体に
取付けられたホール素子とを備え、このホール素子が相
対的に回動する永久磁石からの磁束密度の大きさに応じ
た電気信号を出力することにより回転体の回転角度を検
出するよう構成された角度センサにおいて、永久磁石
が、回転体の回転中心から所定距離離れた位置に永久磁
石の軸線が回転中心を向くように配置され、ホール素子
が、回転体の基準位置において、軸線上にあって、回転
中心から所定距離より小さい距離に回転中心を挟んで永
久磁石と反対側にオフセットした位置に、ホール素子の
磁束検出方向が永久磁石の軸線の向く方向と直交するよ
うに配置され、永久磁石の所定距離とホール素子のオフ
セット距離の比および回転体の回動角が、出力される電
気信号が所定の誤差範囲に入るように設定されているこ
とを特徴とするものである。

【０００８】ここで「永久磁石の軸線」とは、永久磁石
のＮ極とＳ極を通過するとともにその磁石の中心を通る
仮想の直線をいうものとする。

【０００９】また、永久磁石の所定距離とホール素子の
オフセット距離の比は、１０：０．５から１０：３．５
の範囲であることが好ましい。

【００１０】さらに、回転体の回動角が±９０°の範囲
内であり、オフセット距離の比が１０：１．５から１
０：２．５の範囲であることが好ましい。

【００１１】また、回転体の回動角が±４５°の範囲内
であることが好ましい。

【００１２】

【発明の効果】本発明の角度センサは、永久磁石が、回
転体の回転中心から所定距離離れた位置に永久磁石の軸
線が回転中心を向くように配置され、ホール素子が、回
転体の基準位置において、軸線上にあって、回転中心か
ら所定距離より小さい距離に回転中心を挟んで永久磁石
と反対側にオフセットした位置に配置されている。この
ときホール素子は、その磁束検出方向が永久磁石の軸線
の向く方向と直交するように配置され、永久磁石の所定
距離とホール素子のオフセット距離の比および回転体の
回動角が、出力される電気信号が線形に変化する範囲に
設定されているので、次の効果を奏する。

【００１３】即ち、ホール素子の位置を永久磁石の回転
中心から僅かにずらしたことによって、所望の角度範囲
内で基本的に直線性の高い、ホール素子の電気信号出力
が得られる。このホール素子の出力は、線形のため補正
が容易であるので、回転角度の検出精度を高いものとす
ることができる。

【００１４】また、本発明の角度センサは、永久磁石
が、回転体の回転中心から所定距離離れた位置に永久磁
石の軸線が回転中心を向くように配置され、ホール素子
が、回転体の基準位置において、軸線上にあって、回転
中心から所定距離より小さい距離に回転中心を挟んで永
久磁石と反対側にオフセットした位置に配置されてい
る。このときホール素子は、その磁束検出方向が永久磁
石の軸線の向く方向と直交するように配置され、永久磁
石の所定距離とホール素子のオフセット距離の比および
回転体の回動角が、出力される電気信号が所定の誤差範
囲に入るように設定されているので、電気信号出力の出
方が線形でなくとも基本的に誤差が極めて少ないので、
補正することなくそのまま出力信号として使用でき、高
い検出精度を得ることができる。

【００１５】また、永久磁石の所定距離とホール素子の
オフセット距離の比を、１０：０．５から１０：３．５
の範囲とした場合は、直線性が極めてよいので、回転角
の検出精度を一層高いものとすることができる。

【００１６】さらに、回転体の回動角が±９０°の範囲
内であり、オフセット距離の比が１０：１．５から１
０：２．５の範囲である場合には、±９０°の広範囲の
回転角に亘って直線性がよく誤差が少ないので、回転角
の検出精度を極めて高いものとすることができる。これ
は、作動範囲が広い産業用ロボットの腕の関節の動き等
を検出するのに応用することができる。

【００１７】また、回転体の回動角が±４５°の範囲内
である場合には、この範囲内で直線性が良く、回転角の
検出精度を極めて高いものとすることができる。これは
±４５°の範囲内で十分使用できる内燃機関のスロット
ル開度の検出に応用することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の角度センサ（以
下、単にセンサという）の好ましい実施の形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明のセンサの分解斜視図、図２は図１の２−２線に沿う
センサの縦断面図、図３は図１の３−３線に沿うセンサ
の横断面図である。以下、図１乃至図３を参照して説明
する。センサ１は、側方に開放した空洞４を有する絶縁
性のハウジング２と、この空洞内に順次配置される、シ
ールリング６、コイルばね８、波状ワッシャ１０、環状
のヨーク１２、ロータ（回転体）１４、これらの部品を
空洞４内に組み込んだ後、空洞４を封止するカバー（固
定体）１６およびカバー１６に取付けられる、ホール素
子５０（図３、図４）を含むパッケージ４４を有する。
なお、パッケージ４４は、Ａ／Ｄコンバータ、ＤＳＰ
（デジタルシグナルプロセッサ）、Ｄ／Ａコンバータお
よびアナログ増幅器を一般的に含み、通常、ホールＩＣ
と称される。

【００１９】空洞４は、上部が円弧状に形成され、前述
のロータ１４が挿通される貫通孔１８を有する。また、
ハウジング２の上部には、各々取付穴２０を有する１対
のフランジ２２を有し、エンジン（図示せず）の所定の
位置に取付けられるようになっている。さらにハウジン
グ２の下部は、センサ１の出力を電子制御装置（図示せ
ず）に電気的に接続するコネクタ部２４が一体に形成さ
れている。コネクタ部２４には、図２に最もよく示すよ
うに、相手方のコネクタ（図示せず）が嵌合する嵌合凹
部２６が形成されている。この嵌合凹部２６には、空洞
４内に延びる３つの端子２８（図２）が並設されてい
る。

【００２０】次に、空洞４内に配置される各部品につい
て、さらに詳細に説明する。樹脂製のロータ１４は、円
板状の鍔３０と、この鍔３０の中央から鍔３０に対し直
角に延びる円筒形の胴部３２を有する。鍔３０と胴部３
２には、それらの内部を同心に延びる取付穴３４、３５
が形成されている。取付穴３４には、エンジンのスロッ
トルバルブ（図示せず）に連結されたシャフト（図示せ
ず）が挿通され固定される。鍔３０の外側周縁部近傍に
は、円筒形の永久磁石３６を収容する収容凹部３８が形
成されている。胴部３２の先端近傍には、シールリング
６が嵌着される環状段部４０が形成されている。また、
鍔３０の外周の一部に切欠き５８が形成され、この切欠
き５８の両端部から内向きの突起５８ａが形成されてい
る。この切欠き５８に隣接して鍔３０の外面に湾曲凹部
６０が形成されている。

【００２１】突起５８ａには、コイルばね８の端部のフ
ック９が引っ掛けられて、ロータ１４を所定方向即ちス
ロットルバルブを閉鎖する方向に付勢するようになって
いる。湾曲凹部６０は、フック９の先端部９ａを収容し
て、先端部９ａが他の部材と干渉しないようにするため
のものである。また、鍔部３０の下端には、ロータ１４
の回転範囲を規制する凸部６４が一体に突設されてい
る。この凸部６４は、ハウジング２の空洞４内に形成さ
れた下向きの１対の停止面６６と係合して、ロータ１４
の回動範囲を規制するようにしている。本実施形態にお
いては、ロータ１４が基準位置にあるときは、凸部６４
は図１に示すように真下に位置し、凸部６４が停止面６
６に係合するまで、所定の範囲でロータ１４が回動でき
るように構成されている。

【００２２】カバー１６は、空洞４の開口形状に合致し
た外形形状を有する、上縁が弧状の略板状である。カバ
ー１６の略中央内側には、ロータ１４の取付穴３５に挿
入される円筒形の凸部４２（図２、図３）が一体に形成
されている。この凸部４２には、パッケージ４４を挿入
する挿入口４６が形成されている。断面略矩形の挿入口
４６には、上面両端を面取りされた略直方形のパッケー
ジ４４が挿入され、固定される。このとき、重要なこと
は、図３および後述する図４に最もよく示すように、パ
ッケージ４４がロータ１４の回転中心Ｃ（図４）から偏
倚し、従って、パッケージ４４の幅方向の中心に配置さ
れたホール素子５０も前記回転中心Ｃから偏倚している
ことである。この機能については後述する。

【００２３】パッケージ４４からはホール素子に連結さ
れたピン状の３本のコンタクト４８が下方に延出してい
る。カバー１６の外面１６ａには、挿入口４６に連通し
て下方に延びる溝５２および溝５２の下端から前述の３
つの端子２８に対応して延びる３つのキャビティ５４が
形成されている。コンタクト４８は、この溝５２に配設
されるとともに端子２８の方に湾曲した先端部４８ａが
キャビティ５４に配置されて、前述の端子２８とはんだ
付けされて電気的に接続される。

【００２４】ロータ１４が、空洞４内に配置された時、
図２および図３に示されるように、シールリング６によ
りハウジング２の貫通孔１８とロータ１４との間がシー
ルされて、水、油等がハウジング２内部に進入すること
が阻止される。コイルばね８は、ハウジング２の環状溝
５６内に配置される。そして波状のワッシャ１０は、ロ
ータ１４の鍔３０に形成された環状溝６２内に、ハウジ
ング２とロータ１４の間に配置される。これによって、
ワッシャ１０は常に、ロータ１４をカバー１６側に付勢
し、パッケージ４４のホール素子５０と、ロータ１４に
保持された永久磁石３６との位置関係を一定にしてい
る。より詳細には、図３に示すように、永久磁石３６の
中心とホール素子５０とは、同一平面内にあるように位
置づけられている。同一平面から僅かにずれていてもよ
いが、検出の感度は同一平面にあるときが最もよい。前
述のヨーク１２は金属製であり、ロータ１４の外側に嵌
着されて２次元的に閉鎖された磁気回路を構成し、外部
の磁気的な影響がホール素子５０に及ばないようにして
いる。

【００２５】次に、図４を参照して、本実施形態のセン
サの作動について説明する。図４は、ロータ１４に取付
けられた永久磁石３６と、ホール素子５０を有するパッ
ケージ４４との位置関係を示す概念図であり、ロータ１
４が基準位置にある状態を示す。永久磁石３６は、その
端面３７がロータ１４の回転中心Ｃから距離ｒだけ離隔
した、ロータ１４の真下に位置し、永久磁石３６のＮ極
とＳ極を結ぶ軸線６８がロータ１４の回転中心Ｃを向く
ようにロータ１４に取付けられている。他方、パッケー
ジ４４は、ホール素子５０が、回転中心Ｃから距離Ｖだ
け離隔し、且つホール素子５０が軸線６８上に位置する
ようにカバー１６に固定されている。このときパッケー
ジ４４の向きは、図４に示すように、ホール素子５０の
磁束検出方向７０が軸線６８と直交する向きとされる。

【００２６】次にロータ１４が基準位置から反時計回り
に角度θだけ回転したとする。このときの、永久磁石３
６とホール素子５０との距離をＬ、永久磁石３６と軸線
６８とのなす角度をδとすると。次の計算式が成り立
つ。即ち、ホール素子の出力∝Ｂｓｉｎδ また、ホール素子の出力∝１／Ｌ^２従って、ホール素子の出力∝Ｂｓｉｎδ／Ｌ^２＝Ｂｒ／Ｌｓｉｎθ／Ｌ^２＝Ｂｒ／Ｌ^３ｓｉｎθ ここで、Ｂは永久磁石３６の磁束密度である。この計算
式によって、基本的に磁束密度Ｂに比例したｓｉｎ曲線
のホール素子の出力が得られる。このｓｉｎ曲線は、基
準位置近傍では線形の出力が得られる。

【００２７】次に、ホール素子５０のオフセット距離Ｖ
を変えた時の磁束密度変化および直線性（近似直線から
のずれ）について、計算式によって求めた結果を図５か
ら図１２に示す。図５は、従来のオフセット距離Ｖが０
の場合、即ちホール素子５０が回転中心Ｃにあるときの
データを示すグラフであり、図５（ａ）は永久磁石３６
の回転角度（回動角）が±１８０°の範囲のときの磁束
密度と回転角（回動角）の関係、図５（ｂ）は回転角度
が±９０°の範囲のときの磁束密度と近似直線との関
係、図５（ｃ）は図５（ｂ）の場合の直線性、図５
（ｄ）は回転角度が±４５°の範囲のときの回転角度と
磁束密度との関係、図５（ｅ）は図５（ｄ）の場合の直
線性をそれぞれ示す。図６から図１２は、本発明の実施
形態のデータを示す。

【００２８】図６はオフセット距離Ｖが永久磁石回転半
径ｒの０．５／１０の場合についてのものであり、図６
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応す
るデータを示す。図７はオフセット距離Ｖが永久磁石回
転半径ｒの１／１０の場合についてのものであり、図７
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応す
るデータを示す。図８はオフセット距離Ｖが永久磁石回
転半径ｒの１．５／１０の場合についてのものであり、
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それ
ぞれ図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対
応するデータを示す。図９はオフセット距離Ｖが永久磁
石回転半径ｒの２／１０の場合についてのものであり、
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それ
ぞれ図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対
応するデータを示す。図１０はオフセット距離Ｖが永久
磁石回転半径ｒの２．５／１０の場合についてのもので
あり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）
は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）に対応するデータを示す。図１１はオフセット距
離Ｖが永久磁石回転半径ｒの３／１０の場合についての
ものであり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）に対応するデータを示す。図１２はオフ
セット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの３．５／１０の場
合についてのものであり、図１２（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデータを示
す。なお、オフセット距離Ｖについては、それぞれ０．
５、１、１．５、２、２．５、３および３．５と省略し
て示す。また、永久磁石３６が、図４に示す基準位置か
ら反時計回りに回転したときに、グラフの値は正（＋）
となり、時計回りに回転したときは負（−）となる。

【００２９】以下、これらのデータについて詳細に説明
する。図５から図１２における（ａ）のグラフは、永久
磁石３６が±１８０°の範囲内で移動したときのホール
素子５０が検出する磁束密度Ｂの変化を示しており、略
ｓｉｎ曲線に近似したグラフとなっている。回転角度θ
が０°即ち基準位置の近傍が最も直線的に変化してお
り、回転角度θが増大するに従って、磁束密度Ｂは増大
するが磁束密度Ｂのピークを越えると回転角度θが増加
しても、グラフは曲線を描くように変化して磁束密度は
低下する。０°を含む曲線が直線に近いほど、また大き
な回転角度θに至るまでその直線の状態が継続する程、
センサとして正確で応用範囲の広い優れたものとなる。
従来の場合の図５においては、０°近傍を除き出力の出
方が直線的な推移からややずれた緩やかな曲線となって
いる。図６から図１２に示す、オフセット距離Ｖが０．
５、１、１．５、２、２．５、３および３．５について
は、良好な直線的な変化量を示していることがわかる。
これらの曲線に最も近い直線を近似直線とし、曲線がこ
の近似直線からどの程度乖離しているかを判断すること
によって、センサ１に適したオフセット距離Ｖの位置お
よび回転角度θを知ることができる。

【００３０】本実施形態において適用されるスロットル
バルブの開閉機構（図示せず）は、概ね±４５°の範囲
内で使用され、また他の用途、例えばロボットの関節等
については±９０°の範囲内で使用されるので、これら
の範囲内での磁束密度Ｂの変化をみると次のようにな
る。

【００３１】最初に、従来のオフセット距離Ｖが０の場
合について、図５（ｂ）および図５（ｄ）を参照して説
明する。図５（ｂ）および図５（ｄ）は、磁束密度Ｂを
表すｓｉｎ曲線（但し部分的である）が、この曲線に近
似した直線（近似直線）から乖離している程度即ち誤差
を示している。なお、図５（ｂ）と図５（ｄ）に示す直
線は、図示の角度範囲内の曲線の近似直線を示すので、
必ずしも同じものとは限らない。図５（ｂ）に示す±９
０°の範囲では、比較的誤差が大きく、図５（ｄ）に示
す±４５°の範囲では、比較的誤差が小さい。この誤差
を数値で示したのが、図５（ｂ）、図５（ｄ）にそれぞ
れ対応する図５（ｃ）、図５（ｅ）の直線性のグラフで
ある。このグラフは、磁束密度Ｂの誤差が、実際どの程
度の出力の誤差となっているかを示すものであり、±９
０°の範囲では、計測できないほど非常に大きいことが
わかる。このことは、磁束密度Ｂの大きさに応じてホー
ル素子５０によって出力される電気信号の誤差が非常に
大きく、補正することが困難であることを示している。
従って、この±９０°の範囲内では正確で優れたセンサ
１として使用することはできない。また、図５（ｅ）に
示すように、±４５°の範囲では、±４５°のときに最
大約±９０ｍＶの誤差が生じている。この誤差は、ホー
ル素子５０の出力が、通常５Ｖ程度であることを考える
と±９０ｍＶのずれ量は、±１．８％の誤差に相当す
る。従って、オフセット距離Ｖが０であって、±４５°
の範囲で使用する場合は、センサは最大±１．８％の誤
差を有することになる。

【００３２】次に、本発明のオフセット距離Ｖが０．５
の場合について、図６（ｂ）、図６（ｄ）およびこれら
に対応する図６（ｃ）、図６（ｅ）を参照する。±９０
°の範囲では、近似直線からの乖離の程度は、図６
（ｃ）に示すように計測できないほど大きく、従来の場
合と同様に使用することができない。±４５°の範囲で
は、±４５°のときに最大約±６０ｍＶの誤差が生じて
いる。これは、ホール素子５０の出力が、通常５Ｖとす
ると±６０ｍＶのずれ量は、±１．２％の誤差に相当す
る。従って、±４５°の範囲では、図５に示す従来の場
合よりも誤差が少なく高精度に検出できることが判る。
従って、オフセット距離Ｖが１の場合については、±４
５°の範囲において優れたセンサとして使用することが
できる。

【００３３】次に、オフセット距離Ｖが１の場合につい
て、図７（ｂ）、図７（ｄ）およびこれらに対応する図
７（ｃ）、図７（ｅ）を参照すると、±９０°の範囲で
は、乖離の程度は計測できないほど大きく、従来の場合
と同様に使用することができない。±４５°の範囲で
は、±４５°のときに約±３０ｍＶの誤差が生じてい
る。これは、ホール素子５０の出力が、通常５Ｖとする
と±３０ｍＶのずれ量は、±０．６％の誤差に相当す
る。また、±４５°近傍を除き、略全域で±２０ｍＶ未
満となっており直線性がよい。この直線性の良さは、出
力を補正するのが容易であり、これにより誤差を一層小
さくできることを意味している。従って、±４５°の範
囲では、センサ１は、図５に示す従来の場合およびオフ
セット量０．５の場合よりも高精度に検出することがで
きる。従って、オフセット距離Ｖが１の場合について
は、±４５°の範囲において優れたセンサとして使用す
ることができる。

【００３４】次に、オフセット距離Ｖが１．５の場合に
ついて、図８（ｂ）、図８（ｄ）およびこれらに対応す
る図８（ｃ）、図８（ｅ）を参照して説明する。±９０
°の範囲では、乖離の程度は±４５°のときに約±９０
ｍＶの誤差が生じている。これは約１．８％の誤差とな
る。しかし、これは前述のオフセット量０、０．５、１
の場合と比較して格段に改善された数値を示しており、
数値的には多少大きいものの±９０°の範囲における検
出精度の向上は、格段のものがあるといえる。±４５°
の範囲では、図８（ｄ）に示すように、曲線は近似直線
に概ね重なっており、殆ど誤差がないことが判る。これ
はホール素子５０の出力を補正しなくともそのまま使用
することができることを示している。従って、オフセッ
ト距離Ｖが１．５の場合については、±９０°および±
４５°の範囲において優れたセンサとして使用すること
ができる。特に±４５°の範囲において優れている。

【００３５】次に、オフセット距離Ｖが２の場合につい
て、図９（ｂ）、図９（ｄ）およびこれらに対応する図
９（ｃ）、図９（ｅ）を参照する。±９０°の範囲で
は、曲線と近似曲線とは、略重なっており、乖離の程度
は約±２０ｍＶの範囲内に収まっている。これは約０．
４％の誤差となり極めて少ないものといえる。±４５°
の範囲でも同様に、曲線と近似直線は殆ど重なってお
り、誤差も±１０ｍＶの範囲内に収まっている。これは
約０．２％の誤差であり極めて少ない。従って、オフセ
ット距離Ｖが２の場合については、±９０°および±４
５°の範囲において優れたセンサとして使用することが
できる。

【００３６】次に、オフセット距離Ｖが２．５の場合に
ついて、図１０（ｂ）、図１０（ｄ）およびこれらに対
応する図１０（ｃ）、図１０（ｅ）を参照すると、±９
０°の範囲では、曲線と近似曲線とは、略重なってお
り、乖離の程度は約±９０ｍＶの範囲内に収まってい
る。これは約１．８％の誤差となる。しかし、オフセッ
ト距離Ｖが１．５の場合（図８）と同様に、従来（図
５）と比較して格段に良好な数値であり十分効果的な検
出が可能である。±４５°の範囲でも同様に、曲線と近
似曲線は殆ど重なっており、誤差も約±３０ｍＶの範囲
内に収まっている。これは約０．６％の誤差であり極め
て少ない。従って、オフセット距離Ｖが２．５の場合に
ついては、±９０°および±４５°の範囲において優れ
たセンサとして使用することができる。

【００３７】次に、オフセット距離Ｖが３の場合につい
て、図１１（ｂ）、図１１（ｄ）およびこれらに対応す
る図１１（ｃ）、図１１（ｅ）を参照すると、±９０°
の範囲では、曲線と近似曲線とは、多少ずれている。乖
離の程度は±９０°の位置において計測できないくらい
に大きな誤差となっている。従って、この範囲で使用す
ることはできない。±４５°の範囲では、曲線と近似曲
線は殆ど重なっており、誤差も±５０ｍＶの範囲内に収
まっている。これは約１％の誤差であり、十分使用する
ことができる。従って、オフセット距離Ｖが３の場合に
ついては、±４５°の範囲において優れたセンサとして
使用することができる。

【００３８】次に、オフセット距離Ｖが３．５の場合に
ついて、図１２（ｂ）、図１２（ｄ）およびこれらに対
応する図１２（ｃ）、図１２（ｅ）を参照すると、±９
０°の範囲では、曲線と近似直線とは多少ずれている。
乖離の程度は約±４０°および±９０°の位置において
計測できないくらいに大きな誤差となっている。従っ
て、この範囲で使用することはできない。±４５°の範
囲では、曲線と近似曲線は殆ど重なっており、誤差も約
±６０ｍＶの範囲内に収まっている。これは約１．２％
の誤差であり、十分使用することができる。従って、オ
フセット距離Ｖが３．５の場合については、±４５°の
範囲において優れたセンサとして使用することができ
る。

【００３９】以上のことから、±９０°の範囲ではオフ
セット距離Ｖが１．５から２．５の範囲内で、従来より
も高精度に回転角を検出できることが判る。その中でも
オフセット距離Ｖが２のとき（図９（ｃ））が最もよ
い。また、±４５°の範囲では、オフセット距離Ｖが
０．５から３．５の範囲内で、従来よりも高精度に回転
角を検出できることが判る。その中でも、オフセット距
離Ｖが１．５（図８（ｅ））のときが最もよい。従っ
て、オフセット距離Ｖは、０．５から３．５の範囲で使
用することができる。検出された出力電気信号は、補正
回路によって補正することによりさらに検出精度を高め
ることができる。また、上記に設定したオフセット距離
Ｖの中間のオフセット距離Ｖについては、その両側のデ
ータに近似した中間的なデータが得られるものと推測さ
れる。このように、ホール素子５０の位置を回転中心Ｃ
から僅かに位置ずれさせただけで、高精度のセンサ１が
得られるので、部品点数が少なく、低コストに製造する
ことができる。

【００４０】以上、本発明について詳細に説明したが、
上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変
形、変更が可能であることはいうまでもない。例えば、
永久磁石の軸線は回転中心Ｃを通ることが必要である
が、Ｎ極或いはＳ極のいずれが回転中心側にあってもよ
い。上記実施形態と異なって、Ｓ極が内側にあるとき
は、ホール素子５０の出力のプラスとマイナスが逆にな
るだけなので、補正回路で容易に変換でき、実用上問題
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角度センサの分解斜視図

【図２】図１の２−２線に沿う角度センサの縦断面図

【図３】図１の３−３線に沿う角度センサの横断面図

【図４】ロータに取付けられた永久磁石と、ホール素子
を有するパッケージとの位置関係を示す概念図

【図５】従来のオフセット距離Ｖが０の場合のデータを
示すグラフであり、（ａ）は回転角度が±１８０°の範
囲のときの磁束密度と回転角の関係、（ｂ）は回転角度
が±９０°の範囲のときの磁束密度と近似直線との関
係、（ｃ）は図５（ｂ）の場合の直線性、（ｄ）は回転
角度が±４５°の範囲のときの回転角度と磁束密度との
関係、（ｅ）は図５（ｄ）の場合の直線性をそれぞれ示
す

【図６】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの０．
５／１０の場合のデータを示すグラフであり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデ
ータを示す

【図７】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの１／
１０の場合のデータを示すグラフであり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデ
ータを示す

【図８】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの１．
５／１０の場合のデータを示すグラフであり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデ
ータを示す

【図９】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの２／
１０の場合のデータを示すグラフであり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデ
ータを示す

【図１０】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの
２．５／１０の場合のデータを示すグラフであり、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応す
るデータを示す

【図１１】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの３
／１０の場合のデータを示すグラフであり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応するデ
ータを示す

【図１２】オフセット距離Ｖが永久磁石回転半径ｒの
３．５／１０の場合のデータを示すグラフであり、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応す
るデータを示す。

【符号の説明】

１角度センサ１４回転体（ロータ）１６固定体（カバー）３６永久磁石５０ホール素子６８軸線７０磁束検出方向Ｃ回転中心ｒ所定距離Ｖオフセット距離 θ 回動角

フロントページの続き (72)発明者平松靖浩神奈川県川崎市高津区久本３丁目５番８号タイコエレクトロニクスアンプ株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 CB05 CC10 DA05 GA52 KA01 2F077 AA12 CC02 JJ01 JJ08 JJ23 VV02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転角度を検出すべき回転体に取付けら
れた永久磁石と、固定体に取付けられたホール素子とを
備え、該ホール素子が相対的に回動する前記永久磁石か
らの磁束密度の大きさに応じた電気信号を出力すること
により前記回転体の回転角度を検出するよう構成された
角度センサにおいて、前記永久磁石が、前記回転体の回転中心から所定距離離
れた位置に前記永久磁石の軸線が前記回転中心を向くよ
うに配置され、前記ホール素子が、前記回転体の基準位置において、前
記軸線上にあって、前記回転中心から前記所定距離より
小さい距離に前記回転中心を挟んで前記永久磁石と反対
側にオフセットした位置に、前記ホール素子の磁束検出
方向が前記永久磁石の軸線の向く方向と直交するように
配置され、前記永久磁石の前記所定距離と前記ホール素子のオフセ
ット距離の比および前記回転体の回動角が、前記出力さ
れる電気信号が線形に変化する範囲に設定されているこ
とを特徴とする角度センサ。
【請求項２】回転角度を検出すべき回転体に取付けら
れた永久磁石と、固定体に取付けられたホール素子とを
備え、該ホール素子が相対的に回動する前記永久磁石か
らの磁束密度の大きさに応じた電気信号を出力すること
により前記回転体の回転角度を検出するよう構成された
角度センサにおいて、前記永久磁石が、前記回転体の回転中心から所定距離離
れた位置に前記永久磁石の軸線が前記回転中心を向くよ
うに配置され、前記ホール素子が、前記回転体の基準位置において、前
記軸線上にあって、前記回転中心から前記所定距離より
小さい距離に前記回転中心を挟んで前記永久磁石と反対
側にオフセットした位置に、前記ホール素子の磁束検出
方向が前記永久磁石の軸線の向く方向と直交するように
配置され、前記永久磁石の前記所定距離と前記ホール素子のオフセ
ット距離の比および前記回転体の回動角が、前記出力さ
れる電気信号が所定の誤差範囲に入るように設定されて
いることを特徴とする角度センサ。
【請求項３】前記永久磁石の前記所定距離と前記ホー
ル素子のオフセット距離の比が１０：０．５から１０：
３．５の範囲であることを特徴とする請求項１または２
記載の角度センサ。
【請求項４】前記回転体の回動角が±９０°の範囲内
であり、前記オフセット距離の比が１０：１．５から１
０：２．５の範囲であることを特徴とする請求項３記載
の角度センサ。
【請求項５】前記回転体の回動角が±４５°の範囲内
であることを特徴とする請求項３記載の角度センサ。